Блогнот. Максим Тимофеев: климатические катастрофы прошлого глазами байкальских рачков

— Что это?

— Глаз. Человеческий глаз.

— Стеклянный?

— Настоящий. Принято считать, что в зрачке убитого остается изображение убийцы в

последний момент перед смертью. Я провел ряд опытов и могу с уверенностью сказать:

абсолютная чепуха!

«Приключения Шерлока Холмса и доктора Ватсона»

Ученые и медики давным-давно опровергли фантазии о том, что глаза могут хранить отображение катастрофических событий, с которыми сталкивались их владельцы. По крайней мере, убийцы в них точно не отображаются. Но что же насчёт других неприятностей? Могут ли глаза живых существ рассказать нам что-то о прошлом?

Оказывается, действительно могут. Так, глаза байкальских эндемичных рачков амфипод рассказали исследователям Байкала кое-что о древних климатических катастрофах. Причем, как часто происходит в науке, открытие сделано совершенно случайно и совсем по другому поводу. Но обо всём по порядку.

Итак, молодые ученые НИИ биологии ИГУ, под руководством к.б.н. Polina Drozdova и при поддержке Российского научного фонда решили изучить разнообразие зрительных белков опсинов у байкальских амфипод.

Первоначальные задачи исследования были довольно утилитарными: ученые занимались поиском новых опсинов, поскольку одно из потенциальных применений этих белков – технологии оптогенетики. Почему же байкальские обитатели, а именно эндемичные рачки-амфиподы, стали объектами такого исследования? Это напрямую связано с особенностями экосистемы озера. Ведь Байкал — единственное озеро на нашей планете, в котором благодаря насыщенности кислородом толщи воды пресноводные организмы могут обитать до глубин больше полутора километров. При этом, если в литорали Байкала свет проникает на глубины до 40 метров, то, начиная с глубины более 100 метров, света практически нет, там всегда стабильная холодная температура и очень темно.

В темноте больших глубин обитает множество самых разных животных, но наибольшее разнообразие получили именно рачки-амфиподы. Всего амфипод в Байкале около 350 видов и подвидов, и у абсолютного большинства из них большие фасеточные глаза. Для многих видов рачков форма и цвет глаз даже являются видоспецифичными признаками, что говорит о важности зрения для этих рачков.

На молекулярном уровне за зрение у всех животных отвечают зрительные пигменты, состоящие из белков опсинов и их кофакторов — производных витамина A. Если у организма есть лишь один такой белок, то он различает только интенсивность света, а если таких белков несколько, то формируется цветное зрение. Именно потенциальное разнообразие опсинов у 350 видов байкальских рачков и заинтересовало учёных.

**

Для начала исследователи провели анализ нуклеотидных последовательностей опсинов у почти 90 видов амфипод со всего мира. Этот анализ показал, что всего у амфипод встречается только два класса опсинов, а внутри класса может быть до пяти разных белков. Такой анализ не позволяет точно оценить их спектральную чувствительность, однако по последовательности представители этих двух классов сходны с опсинами, чувствительными соответственно к средней (голубому цвету) и длинноволновой частям спектра (зелёный, желтый, красный).

Здесь важно отметить, что байкальские амфиподы не обладают единым происхождением: предполагается, что их предки проникали в озеро как минимум дважды с разницей в миллионы лет. Поэтому ученые ожидали обнаружить молекулярные различия, связанные с давностью нахождения видов и длительности их приспособления к особым Байкальским условиям.

Неожиданно для ученых выяснилось, что у всех без исключений групп байкальских бокоплавов обнаружены опсины только второго класса и начисто отсутствуют опсины первого класса. При этом у родственных видов из других водоемов, обе группы опсинов вполне имеются. Это говорит о том, что все виды байкальских амфипод, независимо от происхождения и времени нахождения в Байкале, в силу неких причин разом потеряли одну и ту же группу светочувствительных белков.

Но на этом потери зрения в истории байкальских рачков не заканчиваются. Второй класс опсинов амфипод, в свою очередь, тоже делится на два подкласса, и один из них также оказался утерян у всех исследованных глубоководных видов. Более того, установлено, что байкальские бокоплавы, которые регулярно встречаются на глубинах глубже 200 метров, вообще имеют только один опсин, а значит, они утратили цветное зрение и воспринимают мир чёрно-белым.

**

Биологи хорошо знают, что эволюционный процесс может идти несколькими путями: наиболее часто в виде постепенного накопление мутаций и новых признаков в популяциях, при этом в разных популяциях идет накопление разных признаков. Случаи радикального изменение одного и того же признака в независимо эволюционирующих группах (именно это мы и видим у байкальских рачков) обычно свидетельствуют о радикальных же изменениях условий среды обитания. Чаще всего это какие-то глобальные и катастрофические процессы, будь то массовые выбросы вулканов, падения метеоритов, глобальное потепление или, наоборот, похолодание. И именно последнее может дать отгадку причинам массовой утраты байкальскими рачками целого класса белков, когда-то обеспечивавших зрение в средневолновом диапазоне спектра.

Если мы посмотрим на климатическую историю Байкала, то мы увидим, что озеро неоднократно проходило через периоды как потеплений, так и похолоданий. При этом, по мнению ряда исследователей, в отдельные периоды своей истории озеро могло быть покрыто льдом практически полностью, что сопровождалось массовым вымиранием и перестройками экосистем.

При оледенениях многие обитатели Байкала могли быть отрезаны от прибрежной зоны из-за промерзания литорали. Очевидно, что среди них были и байкальские рачки-амфиподы, наибольшее разнообразие которых обитает (и, видимо, всегда обитало) в зонах небольших глубин. В периоды оледенений, которые длились не год и даже не один век, все эти виды должны были находиться в крайне неблагоприятных стрессовых условиях, адаптироваться к длительному выживанию под внушительным слоем льда.

При обитании в постоянно сниженном количестве света развитое зрения рачкам, видимо, оказалось ненужной опцией. Более того, при обитании в условиях крайне неблагоприятной среды, возникла необходимость максимально «оптимизировать» все энергетические расходы у подлёдных обитателей. Поэтому эволюция быстро отсекла все лишнее у рачков, и в том числе под оптимизацию попала одна из групп светочувствительных белков. Поэтому мы и видим утрату данного признака у всех без исключения байкальских амфипод. Когда же условия в Байкале вернулись к более тёплым и рачки вновь заселили мелководья, восстановить утраченное разнообразие белков им было уже невозможно.

Амфиподы, которые остались жить на больших глубинах, пошли еще дальше: они еще больше редуцировали свое зрение до одного опсина и отказались от функции цветного восприятия, а немногочисленные виды, как, например, глубоководные рачки-гаряевии (Garjajewia sarsi) так и вообще стали слепыми, с полностью отсутствующими глазами как органами.

Интересно, что сохранение у многих амфипод обоих подклассов второго класса опсинов говорит о том, что слой льда все-таки не был настолько толстым, чтобы погрузить всех рачков в полную темноту, в которой ныне обитают глубоководные виды. Вероятнее всего, лёд, будучи достаточно прозрачным, что требовало сохранения цветного восприятия, очевидно, позволял фотосинтезирующему фитопланктону поддерживать условия для сохранения жизни подо льдом. Именно этот факт, скорее всего, и позволил выжить и сохраниться множеству эндемичных видов Байкала, включая и изучаемых амфипод.

**

Итак, ученые, занимаясь поиском и описанием белков опсинов, обнаружили новое подтверждение тому, что ранее в ходе своей длительной истории Байкал неоднократно сталкивался с глобальными экосистемными вызовами, имеющими выраженные эволюционные последствия.

Скорость, с которой идет эволюция в Байкале, довольно впечатляющая.

Новый пример со зрением байкальских амфипод тслужит хорошей иллюстрацией того, как климатические катастрофы могут драматическим образом отражаться на всей экосистеме, на ее доминирующих группах и организмах. Совершенно очевидно, что прошедшие оледенения пережили далеко не все виды из многообразной фауны Байкала предшествующих периодов — только наиболее приспособленные и адаптированные смогли дойти до нашего времени. Но даже и у них мы видим эволюционные «шрамы» - явные следы тех катастрофических событий. Событий, о которых мы можем узнать и увидеть буквально глазами самих байкальских рачков.

Исследование опубликовано в журнале BMC Ecology and Evolution.

URL: https://babr24.com/irk/?IDE=214153

bytes: 9202 / 8543

Поделиться в соцсетях:

Экслюзив от Бабра в соцсетях:
- Телеграм
- ВКонтакте
- Вайбер
- Одноклассники

Связаться с редакцией Бабра в Иркутской области:
[email protected]

Автор текста: Миша Ковальски, научный обозреватель.

На сайте опубликовано 1654 текстов этого автора.

Другие статьи в рубрике "Наука и технологии" (Иркутск)

Птичий беспредел: энергетики рассказали, как птицы влияют на работу ЛЭП

Специалисты Иркутской электросетевой компании обнаружили, что около трети кратковременных отключений на высоковольтных линиях электропередачи происходят из-за птиц.

Ярослава Грин

Наука и технологииБратья меньшиеЭкономика и бизнесИркутск

19871

14.02.2024

Вторая жизнь отходам: ученые осваивают технологии по переработке золошлаковых смесей

Каждый год в Иркутской накапливаются огромные объемы золошлаковых смесей от работы ТЭЦ. Однако ученые из Научно-исследовательского центра «Байкал» находят способы использовать эти отходы и дать им «вторую жизнь» в производстве материалов, используемых в строительстве.

Анна Моль

Наука и технологииЭкологияИркутск

30618

22.12.2023

Нам пишут. Хорошо быть академиком-руководителем?

Только подутихли страсти в иркутском Академгородке (не сами собой, просим заметить; но об этом в другой раз), как – бац! – появился новый инфоповод. Спонсоры – Китай и академик Игорь Бычков. Бычков Игорь, Пресс-конференция в Иркутском научном центре, 19 мая 2015 года.

Анна Амгейзер

Наука и технологииСкандалыИркутск Россия

10496

30.11.2023

Масштабный эксперимент TAIGA: как в Тункинской долине ловят космические частицы?

Мы смотрим в небо столько, сколько живем на этой планете, и пытаемся понять: а что там? Астрофизик Николай Буднев В журнале Naked Science вышел выпуск про исследования иркутских ученых в Бурятии.

Есения Линней

Наука и технологииОбразованиеБурятия Иркутск Россия

9432

28.11.2023

Проверка фундамента в режиме реального времени: Иркутский политех разработал инклинометр для контроля землетрясений

В связи с участившимися землетрясениями в Иркутской области в ИРНИТУ был разработан высокоточный прибор для контроля подземных сдвигов и деформаций.

Анна Моль

Наука и технологииГеоИркутск

12118

07.11.2023

Бесполезность Росатома: ученые ИРНИТУ нашли новое применение отходам БЦБК

Ученые ИРНИТУ подтвердили, что отходы БЦБК могут быть использованы для технической рекультивации разрушенных земель. Недавно они обнаружили, что малина, выращенная на почве из отходов БЦБК, не содержит токсичных веществ. Ученые вуза начали изучать отходы БЦБК в 2019 году.

Анна Моль

Наука и технологииЭкологияИркутск

43633

20.10.2023

Бесполезность Росатома: роль ИРНИТУ в решении экологических проблем

Разработки Иркутского национального исследовательского технического университета по загрязнению в Свирске и на Байкальском ЦБК были включены в государственный доклад о состоянии и охране окружающей среды Иркутской области в 2022 году.

Анна Моль

Наука и технологииЭкологияИркутск

25521

04.08.2023

БЦБК: опасные отходы закрытого предприятия хотят превратить в скульптуры

Прошло уже целых десять лет с момента закрытия Байкальского целлюлозно-бумажного комбината (БЦБК), а проблема утилизации его отходов до сих пор остаётся актуальной. Шлам-лигнин, который остался после переработки древесной массы на БЦБК, имеет высокую вязкость, что позволяет создавать скульптуры.

Анна Моль

Наука и технологииЭкономика и бизнесЭкологияИркутск Байкал

21685

15.05.2023

Ученые Иркутского политеха попробуют найти применение микропластику

Ученые ИРНИТУ договорились о сотрудничестве с ассоциацией «Байкал без пластика», которая выступает за снижение использования одноразового пластика на Байкале и решение проблем загрязнения озера. Ассоциация займется поиском заказчиков, которые профинансируют затраты на исследования.

Анна Моль

Наука и технологииЭкологияИркутск Байкал

24113

04.05.2023

Кому не угодила байкальская нерпа?

Недавно Бабр писал, что в Правительстве РФ прошло заседание под руководством Виктории Абрамченко, на котором обсуждали, что на Байкале необходимо начать регулировать численности нерпы. Якобы она вредит байкальскому омулю.

Миша Ковальски

Наука и технологииЭкологияИркутск Байкал

24137

21.04.2023

Иркутские геологи попали в список лучших учёных мира

Международный научный портал Research.com составил список учёных со всей планеты, которые внесли наибольший вклад в развитие науки - Best Earth Science Scientists. В него вошли несколько тысяч исследователей из 24 направлений.

Миша Ковальски

Наука и технологииИркутск

5516

18.04.2023

В ИНЦ накаляются страсти: кто всамделишный фаворит на директорское кресло?

Иркутский научный центр давно перестал быть пристанищем исключительно учёных, а стал источником пересудов и спонсором подковерных игр. В конце апреля заканчивается срок трудового договора директора ИНЦ СО РАН Константина Апарцина.

Роман Русских

Наука и технологииСкандалыИркутск

7265

31.03.2023

Лица Сибири

Бредний Раиса

Пухарев Игорь

Вагнер Аарон

Свердлов Владислав

Щепин Андрей

Диксон Виталий

Гедзевич Алексей

Михельсон Анастасия

Пимашков Петр

Власенко Татьяна